capitulo1
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Capitulo1:Antecedentes
Eldiseoyconstruccindelvehculorequiriunainvestigacincuyoproductoesla
mezcladoscaminosdiferentesconantecedentesrelativamenterecientes.Elprimeroesel
mecnico; el diseo de un prototipo de cuatro rotores en las esquinas de unmarco en
formadeXutilizandocuatrohlices.Aunqueeldiseonohasidomuypopular,remonta
a casi 90 aos atrs, y contina siendo objeto de investigacin de nuevos trabajos
importantesendistintosmbitos. El segundoconceptoeselde losvehculosareosno
tripuladoscuyatrayectoriatambinremontaahacemsde50aos.Estetematieneuna
ndolemselectrnicaeincorporatecnologadepuntacuyoavanceprogresadaconda.
El control de este tipo de vehculos ha sido en sumayora a base de control remoto, es
decir, un operador pilotea el vehculo desde tierra e inalmbricamente. Sin embargo,
actualmentesetrabajaconnuevosmtodosdecontrolquenorequierenuncontrolmanual
sino automtico, utilizando micro controladores que analicen y respondan a diferentes
variables,incorporandoas,principiosdeinteligenciaartificial.
1.1 QuadRotors
Los vehculos areosde cuatro rotores oQuadrotors, por su trmino en ingls, se
clasifican como helicpteros debido a que toda su fuerza de elevacin depende
directamentedelosrotoresylapropulsinqueentreganlashlicesacopladasastos.La
ideadehacerunvehculoareodeestetipofuevistaporprimeravezenFrancia,demanos
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deljoveningenieroEtienneOemichen,en1920.Ensusegundoprototipo,elOemichenNo.
2,utilizelmismomarcotubularconformadeXqueseusaactualmente. Acoplunas
hlices anchas de 2 aspas en los 4 rotores y utiliz 8 hlicesmuchoms pequeaspara
tratar de estabilizar el vehculo y tener unmejor control. En las figuras 1 y 2 se puede
apreciar este primerdiseo, que logr suprimer vuelo el 14de abril de 1924, logrando
recorrer 320mts aunque slo permaneci en el aire unos cuantos minutos. Oemichen
continu con su investigacin en este tipo de vehculos y aunque demostr que tena la
capacidad y el control suficiente para lograr despegar y recorrer una gran distancia, el
vehculofueconsideradoimprcticoynoselediounacontinuidadniapoyofuturo.
Figura1.1:OemichenNo.2
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Figura1.2:OemichenNo.2DibujoTcnico
Casi simultneamente, un ingeniero ruso llamado de Bothezat, fue contratado por el
Ejrcito de Estados Unidos para desarrollar un helicptero con cuatro rotores. Su
prototiposebasabaenrotoresconhlicesde6aspastalycomosemuestraen laFigura
1.3.Elmarcotenabrazosde20metrosdelargo,yestosnoeranparalelosconelpisopara
quelaproyeccindesupropulsinseencontraraensucentrodegravedad. DeBothezat
utilizunmotorde220hpyelpesototaldelhelicpteroerade1610kg.Endiciembrede
1922serealizaronpruebasdondeesteprototipologrlevantarse1.8metrosypermanecer
enelairedurante100segundos. Elejrcitoperdi intersenesteprototipodebidoasu
complejidadenelcontroldevueloysulimitadotiempodevuelo.
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Figura1.3:PrototipodeBothezat.
Posteriormenteenlosaos1950ssedesarrollaronprototiposdeQuadrotorscuya
intencinerautilizarloscomercialmenteconlapoblacincivilymilitarmente.Elprototipo,
llamadoConvertawingsA,resultsertodounxito,teniendovariosvuelosexitososa lo
largodeesadcada.Estefueunimportanteavanceyaquesedemostrlaviabilidaddelos
vehculosconcuatrorotoresyademssecomprobsumecanismo decontrolparavolar
horizontalmente. El proyecto fue abandonadopor problemas de presupuesto y no se le
volviadarseguimiento.
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Figura1.4:PrototipoConvertawings.
A este tipo de vehculos se les design el nombre de Vehculos con Despegue y
AterrizajeVerticalVTOL(VerticalTakeOffandLanding)porsussiglaseningls.Conel
tiempoy losavancesen laelectrnicanaciunanuevageneracindeQuadrotorsconun
enfoque a serms autopiloteados. Estos vehculos tendran que tener un sistema de
controlelectrnicoysensoresparaestabilizarlo,as comoun tamaopequeoyagilidad
paramaniobrar,concapacidaddevuelotantoenambientescerradoscomoabiertos.
1.2: Vehculos Areos No-Tripulados.
Setienenantecedentesdevehculosareosnotripulados(UAVs)desdelaprimera
guerramundialconeldesarrollodelcontrolremotoporradiofrecuencia.Conformeavanz
latecnologa,lospreciosyeltamaodeloscomponentesseredujeronbastante,logrando
asmayor inters enel tema. La investigacinydesarrollode losUAVs seha realizado
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primordialmente por entidades militares de distintos gobiernos, principalmente el de
Estados Unidos de Norteamrica. Uno de los UAVsms conocidos y demayor utilidad
militar es el RQ1 Predator, un vehculo de turbopropulsin utilizado principalmente
paramisionesdemonitoreoyreconocimiento. FuedesarrolladoporlacompaaGeneral
AtomicsAeronauticalSystemsen1994yactualmentesonlosproveedoresde125Predators
usadosporlaFuerzaAreaNorteAmericana.Hoyenda,losPredatorssonlosUAVsms
modernosycapacesyquesondealtorendimiento,dealturamediaydesdeel2005,tienen
tambinlacapacidaddellevarunacargade2misiles.
Figura1.5:UAVRQ1Predator.
Actualmentehaycompaas independientesycomercialesdesarrollandoestetipo
detecnologaprincipalmenteparamonitoreoareo.LacompaaalemanaMicroDronees
quin ha desarrollado un UAV similar al que se tiene en mente construir, pero con la
diferencia que es controlado mediante un control remoto. Cuenta con 4 motores sin
escobillas ubicados en las esquinas de un diseo demarco tipo X, con hlices de paso
invertidoyconunacmaraenlaparteposteriordelvehculo. Actualmenteelvehculose
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comercializaparadiferentestareastalescomo:monitoreoareodeteccindesembrados
demarihuana.
Figura1.6:PrototipoMicrodrone.
Otros trabajosde investigacin se realizan endistintas empresasyuniversidades.
Por ejemplo, existe el trabajo que realiza la empresa de aeronutica Boeing,
especficamenteeldepartamentodeinvestigacineinnovacinavanzada:PhantomWorks;
en conjunto con el famoso Instituto de Tecnologa en Massachussetts (MIT), donde
investiganelcontroldevuelodeenjambresdeestetipodevehculos.Utilizanelprototipo
comercialDragonFlyercomobaseyleadaptanmicrocontroladoresysensorescapacesde
comunicarseconotrosvehculosparaevitarsucolisinyparacoordinarelplandevuelo1.
1OficinadeNoticias:MIT.http://web.mit.edu/newsoffice/2006/flyingrobots.html